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表面处理PVD工艺技术

发布时间:12-07
PVD(Physical Vapor Deposition),指利用物理过程实现物质转移,将原子或分子由源转移到基材表面上的过程。它的作用是可以是某些有特殊性能(强度高、耐磨性、散热性、耐腐性等)的微粒喷涂在性能较低的母体上,使得母体具有更好的性能!

PVD基本方法:真空蒸发、溅射



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PVD简介


PVD是英文Physical Vapor Deposition(物理气相沉积)的缩写,是指在真空条件下,采用低电压、大电流的电弧放电技术,利用气体放电使靶材蒸发并使被蒸发物质与气体都发生电离,利用电场的加速作用,使被蒸发物质及其反应产物沉积在工件上。

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PVD技术的发展


PVD技术出现于二十世纪七十年代末,制备的薄膜具有高硬度、低摩擦系数、很好的耐磨性和化学稳定性等优点。最初在高速钢刀具领域的成功应用引起了世界各国制造业的高度重视,人们在开发高性能、高可靠性涂层设备的同时,也在硬质合金、陶瓷类刀具中进行了更加深入的涂层应用研究。与CVD工艺相比,PVD工艺处理温度低,在600℃以下时对刀具材料的抗弯强度无影响;薄膜内部应力状态为压应力,更适于对硬质合金精密复杂刀具的涂层;PVD工艺对环境无不利影响,符合现代绿色制造的发展方向。目前PVD涂层技术已普遍应用于硬质合金立铣刀、钻头、阶梯钻、油孔钻、铰刀、丝锥、可转位铣刀片、异形刀具、焊接刀具等的涂层处理。PVD技术不仅提高了薄膜与刀具基体材料的结合强度,涂层成分也由第一代的TiN发展为TiC、TiCN、ZrN、CrN、MoS2、TiAlN、TiAlCN、TiN-AlN、CNx、DLC和ta-C等多元复合涂层。

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涂层的PVD技术


增强型磁控阴极弧:阴极弧技术是在真空条件下,通过低电压和高电流将靶材离化成离子状态,从而完成薄膜材料的沉积。增强型磁控阴极弧利用电磁场的共同作用,将靶材表面的电弧加以有效地控制,使材料的离化率更高,薄膜性能更加优异。

  过滤阴极弧:过滤阴极电弧(FCA )配有高效的电磁过滤系统,可将离子源产生的等离子体中的宏观粒子、离子团过滤干净,经过磁过滤后沉积粒子的离化率为100%,并且可以过滤掉大颗粒, 因此制备的薄膜非常致密和平整光滑,具有抗腐蚀性能好,与机体的结合力很强。

  磁控溅射:在真空环境下,通过电压和磁场的共同作用,以被离化的惰性气体离子对靶材进行轰击,致使靶材以离子、原子或分子的形式被弹出并沉积在基件上形成薄膜。根据使用的电离电源的不同,导体和非导体材料均可作为靶材被溅射。

  离子束DLC:碳氢气体在离子源中被离化成等离子体,在电磁场的共同作用下,离子源释放出碳离子。离子束能量通过调整加在等离子体上的电压来控制。碳氢离子束被引到基片上,沉积速度与离子电流密度成正比。星弧涂层的离子束源采用高电压,因而离子能量更大,使得薄膜与基片结合力很好;离子电流更大,使得DLC膜的沉积速度更快。离子束技术的主要优点在于可沉积超薄及多层结构,工艺控制精度可达几个埃,并可将工艺过程中的颗料污染所带来的缺陷降至最小。

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补充


与不同的气体发应形成一种薄膜涂层。今天所使用的大多数PVD方法是电弧和溅射沉积涂层。这两种过程需要在高度真空条件下进行。Ionbond 阴极电弧PVD涂层技术在20世纪70年代后期由前苏联发明,如今,绝大多数的刀模具涂层使用电弧沉积技术。

  工艺温度:典型的PVD涂层加工温度在250℃— 450℃之间,但在有些情况下依据应用领域和涂层的质量,PVD涂层温度可低于70℃或高于600℃进行涂层。

涂层适用的典型零件:PVD适合对绝大多数刀具模具和部件进行沉积涂层,应用领域包括刀具和成型模具,耐磨部件,医疗装置和装饰产品。材料包括钢质,硬质合金和经电镀的塑料。

  典型涂层类型:涂层类型有TiN, ALTIN,TiALN,CrN,CrCN,TiCN和ZrN,复合涂层包括TiALYN或W — C:H/DLC。涂层厚度一般2~5um,但在有些情况下,涂层薄至0.5um ,厚至15um装载容量。涂层种类和厚度决定工艺时间,一般工艺时间为3~6小时。

  加工过程优点:适合多种材质,涂层多样化;减少工艺时间,提高生产率;较低的涂层温度,零件尺寸变形小;对工艺环境无污染。
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